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黑色磷吃角子老虎可能是材料中的下一件大事

美國能源部勞倫斯伯克利國家實驗室(Berkeley Lab)的一組科學家表示,黑色磷納米帶顯示出在熱電,光電和電子設備中未來應用的希望。

研究人員已經通過實驗證實,沿著單晶黑色磷納米帶的扶手椅和Z字形方向,導熱係數具有很強的面內各向異性(方向相關),高達2倍。

在伯克利實驗室材料科學系和加利福尼亞大學伯克利分校材料科學與工程系工作的物理學家吳俊喬說:

“想像一下,黑磷的晶格是與彈簧連接的二維球狀網絡,其中沿平面的一個方向比另一個方向柔軟。我們的研究表明,黑色磷納米帶中的熱流以相似的方式沿平面中的不同方向可能會非常不同。”

單晶黑色磷納米帶。 (圖片:Nature Communications。來源:伯克利實驗室吳俊喬)

“理論家最近已經對2D黑色磷晶體預測了這種熱導率各向異性,但從未觀察到。”

吳教授及其同事在發表於 自然通訊。



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黑色磷由於其獨特的顏色而被稱為是在室溫和壓力下磷的熱力學穩定形式。這是一種天然的半導體,具有能帶隙,可以使其電導率“打開和關閉”。

科學家推論出,與石墨烯相比,黑色磷在電導率和導熱率上具有相反的各向異性,即,熱量沿著電流流動的方向更容易流動。

這種各向異性將促進設計電子老虎機娛樂城節能的熱電器件和晶體管。但是,由於樣品製備和測量要求,證實這一理論非常困難。

吳俊喬教授(圖片來源:伯克利實驗室)

吳教授說:

“我們使用光刻技術以自頂向下的方式製造了黑色磷納米帶,然後利用懸浮微墊裝置將納米帶與環境熱隔離,從而可以精確確定沿著單個納米帶的微小溫度梯度和熱傳導。”

“我們還付出了更多努力來設計納米帶和接觸電極之間的界面,以確保可忽略的熱接觸電阻和電接觸電阻,這對於此類實驗至關重要。”

研究結果表明,在高於100開爾文(°K)的溫度下,導熱係數具有較高的方向各向異性。

根據研究人員的說法,“各向異性主要歸因於聲子色散,並且聲子-聲子散射速率也有一定貢獻,這兩者都與取向有關。”

細節老虎機玩法d分析表明,在300°K下,隨著納米帶厚度從c.300納米縮小到c.50納米,導熱係數下降。機智電子老虎機遊戲在該厚度範圍內,各向異性比率保持為兩倍。

吳教授說:

“我們在黑色磷納米帶的熱導率中發現的各向異性表明,當將這些層狀材539怎麼玩才會贏完美娛樂城圖案化為微電子和光電子器件的不同形狀時,應考慮圖案的晶格取向。”

“如果熱量的產生和散發在器件的運行中起作用,那麼這種各向異性將特別有利。例如,這些與方向有關的熱導率為我們提供了設計具有不同晶格方向的微電子器件的機會,以用於冷卻和操作微芯片。我們可以使用有效的熱管理來降低芯片溫度並提高芯片性能。”

Wu教授及其團隊計劃使用他們的實驗平台來觀察在不同情況下(例如相變)黑色磷納米帶的熱導率如何受到影響。老虎機公式位置,域邊界和異類接口。

他們還想探索一系列物理條件(例如壓力和壓力)的影響。

該研究由DEO科學辦公室資助。

“在高於100 K的溫度下,黑磷納米帶的各向異性平面內熱導率,” 李尚旭,楊凡,蘇永基,楊思傑,李延培,郭力,煥成才,阿斯利汗·蘇斯魯,陳亞彬,高昌賢,Joonsuk Park,劉凱,李靜波,基達·希帕高岡,杰弗裡·J·厄班,傑法·丁格&吳俊喬。 自然通訊。2015年10月16日。doi:10.1038 / ncomms9573。